年產(chǎn)5000噸l-苯丙氨酸發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)

1、 摘要本設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行年產(chǎn)5000噸苯丙氨酸工廠的初步設(shè)計(jì)。在對(duì)苯丙氨酸的結(jié)構(gòu)及其在工業(yè)中重要應(yīng)用作了分析后，擬在湘潭九華經(jīng)濟(jì)區(qū)投資L-苯丙氨酸生產(chǎn)工廠。首先，對(duì)投資項(xiàng)目進(jìn)行了認(rèn)真的地分析及對(duì)廠址進(jìn)行認(rèn)真地選擇。同時(shí)，對(duì)L-苯丙氨酸的生產(chǎn)工藝作了優(yōu)化，然后依據(jù)擬定的產(chǎn)量與工藝流程對(duì)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算、與主要生產(chǎn)設(shè)備的選型，其次，對(duì)三廢處理等方面也作了一個(gè)初步的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)充分考慮了目前的經(jīng)濟(jì)狀況和今后發(fā)展的需要，從節(jié)能的角度出發(fā)選擇設(shè)備。生產(chǎn)流程盡量提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平，同時(shí)力求技術(shù)上先進(jìn)，質(zhì)量上可靠，布局上合理、規(guī)范。關(guān)鍵字：L-苯丙氨酸；發(fā)酵；工廠設(shè)計(jì) 目 錄1.引言

2、12.概述32.1產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè)3 2.2投資的必要性和經(jīng)濟(jì)意義3 2.3地理環(huán)境3 2.4生產(chǎn)工藝選擇32.5產(chǎn)品方案4 2.6工藝流程圖4 2.7工藝要點(diǎn)43.物料恒算53.1.原料的物料恒算54.設(shè)備選型84.1.設(shè)備選型原則84.2.選型過(guò)程94.2.1.生產(chǎn)能力計(jì)算過(guò)程94.3.主要設(shè)備選型表145.熱量恒算155.1.培養(yǎng)基連續(xù)滅菌用蒸汽量155.2.發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量16 5.3 液化工藝熱量衡算175.4L-苯丙氨酸發(fā)酵的水平衡計(jì)算176. 車(chē)間布置設(shè)計(jì)17 6.1發(fā)酵工廠的車(chē)間組成176.2.車(chē)間建筑176.3廠內(nèi)部總平面布置的衛(wèi)生176.4廠房?jī)?nèi)部衛(wèi)生186.5管道衛(wèi)生

3、187. 環(huán)境保護(hù)與綜合利用187.1.處理方案188.結(jié)論22參考文獻(xiàn)22附錄23致謝231. 引言L-苯丙氨酸分子式： L-苯丙氨酸（英文名：L-Phenylalanine）為無(wú)色至白色片狀晶體或白色結(jié)晶性粉末，是一種營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，是必需氨基酸之一。 無(wú)色至白色片狀晶體或白色結(jié)晶性粉末。略有特殊氣味和苦味。在受熱、光照、空氣中穩(wěn)定。 營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑。必需氨基酸之一。在大多數(shù)食品的蛋白質(zhì)中幾乎非限制氨基酸?？商砑佑诒嚎臼称罚龔?qiáng)化苯丙氨酸外，與糖類(lèi)起氨基-羰基反應(yīng)，可改善食品的香味。功用：L-苯丙氨酸是重要的食品添加劑-甜味劑阿斯巴甜（Aspartame）的主原料，人體必需氨基酸之一，在醫(yī)藥行業(yè)主

4、要用于氨基酸輸液和氨基酸類(lèi)藥物。L-苯丙氨酸是人體不能合成的一種必需氨基酸。食品工業(yè)上主要用作食品甜味劑阿斯巴甜的合成原料;也可作為營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑。生化研究。配制培養(yǎng)基。營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究。L-苯丙氨酸是必需的氨基酸之一。用作營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸制劑的成分。該品是多種抗癌藥物及二肽甜味的原料。氨基酸類(lèi)藥。用于氨基酸輸液、綜合氨基酸制劑及營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，大量用于合成新型甜味劑天冬甜素 （L-天冬氨酸、L- 苯丙氨酸結(jié)合的二肽甲酯）是合成阿斯巴甜的主要原料。2. 概述2.1.產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè) 目前國(guó)內(nèi)僅有5家企業(yè)生產(chǎn)L-苯丙氨酸，即福建省麥丹生物集團(tuán)、麗珠集團(tuán)福州福興醫(yī)藥、江蘇漢光甜味劑（江蘇漢光生

5、物工程）、溧陽(yáng)維多生物工程和杭州富陽(yáng)市東辰生物工程。其余原生產(chǎn)企業(yè)主要受縛于技術(shù)水平等因素，生產(chǎn)成本過(guò)高，均以陸續(xù)停產(chǎn)或關(guān)閉生產(chǎn)線。2021年上述5家企業(yè)的年產(chǎn)能為：麥丹生物4500噸、福興醫(yī)藥1500噸、江蘇漢光500噸、溧陽(yáng)維多300噸、富陽(yáng)東辰200噸?？上蚴袌?chǎng)上供應(yīng)苯丙氨酸的企業(yè)僅有福建省麥丹生物集團(tuán)、麗珠集團(tuán)福州福興醫(yī)藥，杭州富陽(yáng)市東辰生物工程僅有少量的產(chǎn)品流向市場(chǎng)，而江蘇漢光、溧陽(yáng)維多的產(chǎn)品僅能部分供給其自身的阿巴斯甜生產(chǎn)使用，市場(chǎng)上未見(jiàn)其苯丙氨酸產(chǎn)品。 廠家分布在福建、江蘇、浙江三省，最大的兩家企業(yè)均在福建省，麥丹生物地址在福建省沙縣，福興醫(yī)藥地址在福建省福州市；而浙江省僅有一家

6、規(guī)模最小的企業(yè)；江蘇省的兩家企業(yè)分別在江蘇省無(wú)錫市和江蘇省溧陽(yáng)市。 目前L-苯丙氨酸國(guó)際上主要生產(chǎn)國(guó)：美國(guó)7000噸/年（以紐特公司為主）、日本5000噸/年（以味之素公司為主）、法國(guó)3000噸/年、荷蘭3000噸/年、韓國(guó)3000噸/年（以大象公司為主）、德國(guó)有少量生產(chǎn)約500噸/年。 作為全國(guó)最大的苯丙氨酸生產(chǎn)企業(yè)福建省麥丹生物集團(tuán)，由于其在苯丙氨酸基因工程菌及工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，使其苯丙氨酸的年產(chǎn)量已躋身于該領(lǐng)域世界前三位2.2投資的必要性和經(jīng)濟(jì)意義行業(yè)前景：隨著阿斯巴甜在飲料、乳制品、口香糖、咖啡、醫(yī)藥工業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用持續(xù)深入，阿斯巴甜無(wú)論在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)際市場(chǎng)對(duì)阿

7、斯巴甜相關(guān)產(chǎn)品的需求量以年均15%20%的速度增長(zhǎng)，近年增長(zhǎng)率高達(dá)30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他人工甜味劑年均5%的增長(zhǎng)速度；在國(guó)內(nèi)氨基酸大輸液和抗癌藥的開(kāi)發(fā)利用，特別是在限制糖精生產(chǎn)、甜菊糖甜味劑遭遇麻煩的情況下，市場(chǎng)對(duì)阿斯巴甜的需求量銳增。 益。2.3結(jié)論與建議鑒于國(guó)內(nèi)外對(duì)此產(chǎn)品需求量增大，市場(chǎng)供應(yīng)也相當(dāng)緊張，且價(jià)格不斷上揚(yáng)。因此，開(kāi)發(fā)L-苯丙氨酸，市場(chǎng)前景好，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益更為顯著。本設(shè)計(jì)即是針對(duì)我國(guó)苯丙氨酸發(fā)展現(xiàn)狀，本著迎合消費(fèi)者需求，求新，求變的原則，對(duì)苯丙氨酸的生產(chǎn)進(jìn)行了更為優(yōu)化的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)5000噸丙氨酸的生產(chǎn)車(chē)間，在工藝分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了物料衡算、設(shè)備選型，并對(duì)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行

8、了合理的布局。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中，也注意環(huán)境保護(hù)，及時(shí)有效的處理生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的三廢問(wèn)題。2.4生產(chǎn)工藝選擇L-苯丙氨酸制備經(jīng)歷了由蛋白水解提取法、 發(fā)酵法到酶法(固定化細(xì)胞法或游離整體細(xì)胞法)的過(guò)程。 現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)的方法就是酶法轉(zhuǎn)化, 即通過(guò)富有L-天冬氨酸-脫羧酶活力的微生物細(xì)胞催化L-天冬氨酸而得到的。 固定化法與游離整體細(xì)胞法生產(chǎn)L-苯丙氨酸各有優(yōu)缺點(diǎn), 就我國(guó)而言, 游離整體細(xì)胞法的生產(chǎn)成本低于固定化細(xì)胞法。 故到目前為止, 游離整體細(xì)胞仍顯示較大的優(yōu)越性。 表3 固定化細(xì)胞法與游離細(xì)胞法生產(chǎn)L-丙氨酸的對(duì)比 Table1 3 Comparison between inmobiliz

9、ed and free whole cell for production of L-alanine由于苯丙氨酸具有旋光性，而生物所能利用的只有左旋(L) 型，恰好酶法所得的全部為 L型，因此利用酶法生產(chǎn)苯丙氨酸是最重要的方法。酶法的原理是發(fā)酵罐上培養(yǎng)假單胞菌NX-1,獲得高L-天冬氨酸-脫羧酶酶活，,以L-天冬氨酸為底物游離細(xì)胞法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-苯丙氨酸。每升培養(yǎng)液可轉(zhuǎn)化L-天冬氨酸2kg,最高達(dá)2.5kg,摩爾轉(zhuǎn)化率100%，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90% 。2.5產(chǎn)品方案年產(chǎn)L-苯氨酸5000噸,可根據(jù)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。L

10、-丙氨酸的計(jì)劃產(chǎn)量為5000t/年，計(jì)劃年工作日為330天，德阿昆合假單胞菌發(fā)酵時(shí)間26小時(shí)，轉(zhuǎn)化時(shí)間三天，實(shí)際控制于5天，則生產(chǎn)周期66。2.6工藝流程圖原料配料高溫高壓殺菌、無(wú)菌空氣保藏菌種茄子瓶培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)液體種子擴(kuò)大培養(yǎng)液體深層發(fā)酵酶反應(yīng)分離晶體發(fā)酵液除菌體（膜過(guò)濾）調(diào)PH，活性炭脫色 粗品 壓濾分離晶體 結(jié)晶 降膜蒸發(fā)濃縮 壓濾 溶解純化降膜蒸發(fā)濃縮結(jié)晶離心干燥包裝圖1 工藝流程圖Figure 1 Chart of production process具體工藝過(guò)程是將細(xì)菌培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理，然后送發(fā)酵釜內(nèi)發(fā)酵，采用除菌后的無(wú)菌空氣從釜低通入進(jìn)行通氣攪拌，加入德阿昆合假單胞菌發(fā)酵2

11、6個(gè)小時(shí)后，加入L-天門(mén)冬氨酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間約為3d，溫度37。轉(zhuǎn)化完畢后析出的晶體壓濾分離，剩下的的轉(zhuǎn)化液經(jīng)金屬膜超濾分離系統(tǒng)除去菌體，然后活性炭脫色處理,濃縮至一半,析出大量丙氨酸結(jié)晶,靜置過(guò)夜使結(jié)晶完全,壓濾回收晶體,兩次壓濾得到的晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后進(jìn)一步濃縮,又析出大量丙氨酸晶體,前面得到的粗晶體經(jīng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行純化后晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有少量未轉(zhuǎn)化的天門(mén)冬氨酸,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。2.7工藝要點(diǎn)（一）發(fā)酵過(guò)程是在發(fā)酵罐上培養(yǎng)假單胞菌,獲得高L-天冬氨酸-脫羧酶酶活，,以L-天冬氨酸為底物游離細(xì)胞法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-苯丙氨酸

12、。每升培養(yǎng)液可轉(zhuǎn)化L-天冬氨酸2kg,最高達(dá)2.5kg,摩爾轉(zhuǎn)化率100%，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90%影響丙氨酸生產(chǎn)的因素有菌種，接種量，接種菌齡，培養(yǎng)基，代謝產(chǎn)物，溫度，PH值，通風(fēng)量，攪拌，泡沫等。（1）菌種 目前用于生產(chǎn)丙氨酸的菌種主要是德阿昆合假單胞菌。而本產(chǎn)品所用的菌種即是該菌種，通過(guò)購(gòu)買(mǎi)形式獲得，是目前產(chǎn)酶能力最高的菌株。該菌種發(fā)酵時(shí)間為26h左右，L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的L-天門(mén)冬氨酸脫羧酶為胞內(nèi)產(chǎn)物，菌體到達(dá)穩(wěn)定期后開(kāi)始自溶，L-天門(mén)冬氨酸脫羧酶被釋放到胞外。德阿昆合假單胞菌及其代

13、謝物安全無(wú)毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員和環(huán)境。（2）接種量 一般發(fā)酵常用接種量為10%，選擇合適的接種量對(duì)產(chǎn)酶有很大的影響。通常，接種量過(guò)低時(shí)，產(chǎn)酶活性不高并使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，采用較大的接種量可縮短菌體生長(zhǎng)達(dá)到高峰所需要的時(shí)間。（3）接種菌齡 一般以菌種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，即培養(yǎng)液中菌的濃度接近高峰時(shí)所需要的時(shí)間為佳，太短則會(huì)使前期生長(zhǎng)緩慢，延長(zhǎng)整個(gè)發(fā)酵周期；太長(zhǎng)則會(huì)使菌體過(guò)早衰退，導(dǎo)致生產(chǎn)能力的下降。（4）碳源 用于發(fā)酵的培養(yǎng)基最適碳源是廉價(jià)的富馬酸。但富馬酸又是L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶的酶活抑制劑，所以應(yīng)控制適當(dāng)?shù)臐舛燃匆ＷC最大產(chǎn)酶量又要保證不抑制其酶活。（5）氮源 可用無(wú)機(jī)氮，也可用有機(jī)氮，二者差別

14、不大。德阿昆合假單胞菌的最適氮源為蛋白胨和玉米漿，以蛋白胨效果最好，濃度為1.0%時(shí)，酶活性最高，但其價(jià)格昂貴，所以與玉米漿混合使用效果更好。（7）酶活抑制劑 L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶的酶活抑制劑有乙酰輔酶A,氨基丙二酸，丙氨酸，富馬酸，馬來(lái)酸，EDTA等。只要培養(yǎng)及中含有一定量的阻遏物，L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶的酶活便受到抑制，不利于丙氨酸的生成。（9）溫度 在發(fā)酵過(guò)程中，菌體生長(zhǎng)和酶合成均與溫度有密切關(guān)系，但兩者的最適溫度往往不相同，一般情況下，產(chǎn)酶的最適溫度低于生長(zhǎng)溫度。（10）PH 任何微生物都有一個(gè)適合生長(zhǎng)的PH范圍。因此，培養(yǎng)初期以及培養(yǎng)過(guò)程中的PH值直接影響微生物的生長(zhǎng)和酶的合成。（

15、11）通風(fēng)量 通風(fēng)量多少應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基中溶解氧而定。一般在發(fā)酵初期，菌體少，相對(duì)通風(fēng)量可以少些；菌體生長(zhǎng)旺盛時(shí)耗氧多，通風(fēng)量要大些；產(chǎn)酶旺盛是需強(qiáng)烈通風(fēng)。（12）攪拌 對(duì)于丙氨酸液體深層發(fā)酵，除需要通氣外，還需要攪拌，以利于熱交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細(xì)胞周?chē)拇x產(chǎn)物，從而有利于酶的生成；同時(shí)也可以打破空氣氣泡，使發(fā)酵液形成湍流，從而提高溶解氧量，增加空氣利用率。（二）轉(zhuǎn)化過(guò)程在發(fā)酵24小時(shí)后即可進(jìn)行酶轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化前加入發(fā)酵液量10%的天冬氨酸。以后每隔一定時(shí)間檢測(cè)PH的變化，當(dāng)PH大于7時(shí)即加入天冬氨酸進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間控制在三天，一般三天后L-苯丙氨酸可達(dá)到2kg/L。（三）轉(zhuǎn)

16、化液的預(yù)處理在丙氨酸的生產(chǎn)中，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出，分離晶體后發(fā)酵液中仍含有少量丙氨酸，其成分并不復(fù)雜，并不需要添加助濾劑來(lái)降低懸浮液粘度，煮沸殺滅菌體再進(jìn)行超濾分離，轉(zhuǎn)化液經(jīng)泵加壓后進(jìn)入金屬膜超濾分離系統(tǒng)，丙氨酸透過(guò)膜流進(jìn)清液儲(chǔ)罐，而菌絲體、蛋白質(zhì)和固體懸浮顆粒等雜質(zhì)被截留，將他們熱交換器冷卻后，送回罐進(jìn)一步濃縮，直至超濾濃縮液呈漿糊狀，再用少量的水清洗，使濾液渣中殘余的丙氨酸充分洗滌出來(lái)。（四）轉(zhuǎn)化液的再處理提取之前要脫色，首先將發(fā)酵液的PH調(diào)至5.0，然后加1.5%的活性碳，在80攝氏度的熱水中保溫20分鐘。然后用壓濾泵壓濾，連續(xù)兩次后澄清略帶微黃色即可

17、。（五）發(fā)酵液濃縮首先將濾液或離心分離后的上清液調(diào)到PH 6.1,在40、2.0Kpa的條件下濃縮至原體積的3040%，然后將發(fā)酵液溫度將至室溫，在結(jié)晶罐中靜止放置12小時(shí)以上即可進(jìn)行板框過(guò)濾分離到粗丙氨酸晶體。（六）濾液的再處理得到的粗丙氨酸晶體晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后調(diào)節(jié)溶液的PH為6.1后可進(jìn)一步濃縮,又析出大量丙氨酸晶體,晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有未轉(zhuǎn)化的天門(mén)冬氨酸,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。（七）檢測(cè)L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶活力的測(cè)定 L-天門(mén)冬氨酸-脫羧酶活采用Warburg檢壓法測(cè)定，即每毫升發(fā)酵液每小時(shí)從L-天門(mén)冬氨酸中脫羧可釋放的C

18、O2微升數(shù)。從培養(yǎng)了24小時(shí)的培養(yǎng)液中離心收集菌體，用生理鹽水洗滌，經(jīng)超聲波打碎（10kc 10分鐘）離心，取上清作酶源。Warburg主室：2ml的10 mmol/L 的L-天門(mén)冬氨酸，1ml的1mol/L醋酸緩沖液（PH 5.5）；Warburg側(cè)室：0.5ml上清液；于30攝氏度平衡10分鐘，倒入上清液，測(cè)定10分鐘內(nèi)釋放的CO2微升數(shù)。3. 物料衡算已知發(fā)酵時(shí)間為26h左右，酶轉(zhuǎn)化時(shí)間3天，考慮到裝料、實(shí)消、放料、清洗需要一部分時(shí)間，因此確定整個(gè)發(fā)酵周期為5天計(jì)算，在330天的工作日內(nèi)，共有66個(gè)生產(chǎn)周期。由資料可確定裝料系數(shù)為75%，按每升轉(zhuǎn)化液可轉(zhuǎn)化2千克天冬氨酸計(jì)，摩爾轉(zhuǎn)化率10

19、0%，提取收率90%，提取得到L-丙氨酸1.2kg。則一年產(chǎn)生5000噸丙氨酸需總發(fā)酵液體積為：V= 年總產(chǎn)量÷（轉(zhuǎn)化液產(chǎn)量×摩爾轉(zhuǎn)化率×分子量之比×提取收率）=5×109÷(2021 ×100%×165/133×90%)=2.24×106L=2.24×109ml則一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積V1為：V1=總發(fā)酵液體積V÷發(fā)酵周期T=2.24×109ml÷66=33.9m3，由此可進(jìn)行物料衡算。（1）原料富馬酸可得66個(gè)發(fā)酵周期需要的原料富馬酸量：M1=發(fā)酵

20、液總體積×發(fā)酵液富馬酸配比=2.24×109ml×1.5%=33.6×103kg考慮到種子罐的需要，按10%接種量計(jì)：M2=發(fā)酵液總體積×種子液富馬酸配比=2.24×109ml×10%×1% =2.24×103kg每次發(fā)酵周期需要富馬酸用量為M1+M2=33.6×103kg +2.24×103kg =35.84×103kg蛋白胨可得66個(gè)發(fā)酵周期需要的原料蛋白胨的用量：M1=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液蛋白胨配比=2.24×109ml×0.6%=13.4

21、4×103kg考慮到種子罐的需要，按10%接種量計(jì)：M2=種子液總體積×種子液蛋白胨配比=2.24×109ml×10%×0.8%=1.79×103kg每次發(fā)酵周期需要蛋白胨用量：M2+M1=13.44×103kg +1.79×103kg =1.523×104kg玉米漿可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需要玉米漿的量為：M=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液玉米漿配比+種子液需要玉米漿（按10%接種量計(jì)）=2.24×109ml×3%+0.6%×10%×2.24×1

22、09ml =6.72×104kgL-天門(mén)冬氨酸整70個(gè)發(fā)酵周期需要天門(mén)冬氨酸的量：M=2×106kg×133÷165÷90%=3.32×106kg活性炭按發(fā)酵液量的1.5 %計(jì)，則整70個(gè)發(fā)酵周期需要活性炭的量：M=2.24×109ml×1.5%=3.36×104kg（2）輔料硫酸鎂可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需硫酸鎂的量：M=發(fā)酵液需要硫酸鎂+種子液需要硫酸鎂（按10%接種量計(jì)）=2.24×109ml×0.01%+2.24×109ml×10%×0.0

23、1%=246.4kg磷酸二氫鉀可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需磷酸鉀的量：M=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液磷酸鉀配比+種子液需要磷酸鉀（按10%接種量計(jì)）=2.24×109ml×0.05%+2.24×109ml×0.05%×10%=1232kg4. 設(shè)備選型4.1設(shè)備選型原則設(shè)備選型原則是根據(jù)物料衡算確定的，使設(shè)備既能保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，又可使設(shè)備得到充分利用10。一般應(yīng)遵循經(jīng)下原則：滿足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；設(shè)備的先進(jìn)程度、機(jī)械化程度應(yīng)與工廠規(guī)模相適應(yīng)，要做到經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)；所選設(shè)備應(yīng)能充分利用原料能耗少、效率高、體積小、

24、維修方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低，并能一機(jī)多用，備品、備件供應(yīng)方便；所選設(shè)備應(yīng)符合食品衛(wèi)生要求，易清洗、裝拆，不易腐蝕；設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，材料性能可適應(yīng)各種工作環(huán)境；考慮到生產(chǎn)波動(dòng)和設(shè)備平衡，要留有一定的余量和備用設(shè)備。根據(jù)以上原則，在物料衡算結(jié)果的基礎(chǔ)上，本車(chē)間選用的設(shè)備如下所述。4.2選型過(guò)程4.2.1生產(chǎn)能力計(jì)算過(guò)程由物料衡算表可知：每個(gè)發(fā)酵罐每次發(fā)酵產(chǎn)生12.6m3左右的發(fā)酵液，經(jīng)過(guò)濾后濃縮為原體積的40%左右。由于每一工藝步驟的操作要求和處理時(shí)間不同，因此每一車(chē)間的工作時(shí)間不同，對(duì)設(shè)備的要求要分別計(jì)算。計(jì)算過(guò)程為：1.發(fā)酵罐一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積為：V1=總發(fā)酵液體積V÷發(fā)酵周期T=2

25、.24×109ml÷66=33.9m3由此可設(shè)需2個(gè)裝料系數(shù)為70%的發(fā)酵罐，則發(fā)酵罐有效體積為：V =發(fā)酵液體積÷裝料系數(shù)÷發(fā)酵罐個(gè)數(shù)=33.9m3÷70%÷2=24.2m3 （取25）（1）發(fā)酵罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算：封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1H/Di=2.5 Di/hi=4橢圓容積Va=/6×Di×hi=×Di3V×Di2×hiVa=×Di 2×hi×Di 3=2/3××Di3Di=1.67m，處理后內(nèi)徑為1.7m即1700mmH=2.5

26、Di=2.3×2.5=4.25m=42500mmhi=0.25Di=0.425mH>4m 所以ha =50mm查資料11附表5罐體總高H總 =4.252×hi2×ha=5.20m=5200mm罐體壁厚S=PD/(2×øP)+C其中：ø=0.8，P=0.5,C=3mm,=130MPa,Di =1700解之得：S=7.1mm取整8.0mm封頭按標(biāo)準(zhǔn)橢圓計(jì)算7hi =0.425m ha =0.05m封頭壁厚：S=PD/(2×øP)+C其中：ø=0.8 P=0.5 Di =1700 =130MPa C=4.

27、2解之得：S=9.50mm 取整10.00mm（2） 攪拌器設(shè)計(jì)（3） 攪拌器的主要尺寸計(jì)算：考慮到發(fā)酵徑高比為1：2.5，比較小，為了使發(fā)酵罐充分混勻，保持均一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用渦輪式攪拌器。渦輪式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳遞高，氧溶解率高,彎葉剪切力小。圓盤(pán)可增強(qiáng)軸向混合效果。所以選用六彎渦輪式攪拌器。其主要尺寸如下：葉徑Di=D/2.5=0.7m 葉寬B=0.2Di=0.14m 弦長(zhǎng)l=0.375Di=0.26m底距C=D/2.5=0.7m 盤(pán)徑P=0.75Di=0.52m 彎葉板厚s=12mm擋板數(shù)確定為3,擋板寬范圍1/81/12D，取B=1/10D=0.17m（3）外盤(pán)管夾套的設(shè)計(jì)發(fā)酵

28、罐的冷卻，主要是考慮微生物發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵熱和機(jī)械攪拌消耗的功率傳遞給培養(yǎng)基的熱量，此外還要考慮培養(yǎng)基實(shí)消后的冷卻。目前，大型發(fā)酵罐傳統(tǒng)使用多組立式蛇管，立式蛇管具有傳熱系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，但占據(jù)了發(fā)酵罐容積，罐內(nèi)蛇管一旦發(fā)生泄漏，將造成整個(gè)罐批的發(fā)酵液染菌，此外，蛇管冷卻管使罐的死角增加，不僅增加了染菌的機(jī)會(huì)也給罐體清洗帶來(lái)不便。半圓形外盤(pán)管的傳熱系數(shù)高，罐體容易清洗，增強(qiáng)罐體強(qiáng)度，可大大降低罐體壁厚，使整個(gè)發(fā)酵罐造價(jià)降低，由于替代了內(nèi)蛇管所占據(jù)的發(fā)酵罐容積，可增加發(fā)酵罐的放罐系數(shù)。夾套筒體的高度Hj主要取決于傳熱面積F的要求，夾套的高度一般應(yīng)不低于料液的高度，以保證充分傳熱。根據(jù)裝料系數(shù)，操作容積

29、V，夾套筒體高度Hj可由下式估算：Hj=V-Vh/V1，Vh：封頭容積，V1：筒體每米高的容積。查表：V1 =8.050m3，Vh=4.6110m3。夾套高度：Hj =(70×80-4.6610)/8.050=6384mm，取夾套高度Hj=7000mm外盤(pán)管夾套設(shè)計(jì)參數(shù)如下：通道寬度:b0.1D=0.1×3200=320，取b=200mm通道高度：hS，取h=200mm，半圓管壁厚S=20mm通道半圓心角：=90°通道與容器殼體采用全焊透的V形焊縫螺旋通道的節(jié)距：ts0.3D，取ts=330mm螺旋通道圈數(shù)：n=7000/330=23綜上所述共需2個(gè)25m3發(fā)酵罐

30、，型號(hào)為MSF-L22，公稱(chēng)容積25(m 3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。2.種子罐(1)二級(jí)種子罐二級(jí)種子罐體積=發(fā)酵罐體積×裝料系數(shù)×接種量÷種子罐裝料系數(shù) =25×0.7×0.1×2÷0.7=5m3（2）一級(jí)種子罐一級(jí)種子罐體積=二級(jí)種子罐體積×裝料系數(shù)×接種量÷一級(jí)種子罐裝料系數(shù)=5×0.7×10%÷0.7=0.5m33.轉(zhuǎn)化罐轉(zhuǎn)化過(guò)程無(wú)需通入無(wú)菌空氣，采用帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐作為轉(zhuǎn)化罐，以方便添加天冬氨酸底物和放出發(fā)酵產(chǎn)物。由轉(zhuǎn)化液

31、體積同發(fā)酵液的體積，由上知：V2=V1=33.9 m3由此可設(shè)需2個(gè)裝料系數(shù)為70%的轉(zhuǎn)化罐，則轉(zhuǎn)化罐罐有效體積V=發(fā)酵液體積÷裝料系數(shù)÷轉(zhuǎn)化罐個(gè)數(shù)=33.9m3÷70%÷2=24.2 m3 ，取25m3轉(zhuǎn)化罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算：轉(zhuǎn)化罐全體積為：V=Di 2(H+h1/3+h2/3)式中 Di罐的內(nèi)徑，m H罐的圓柱部分高度，m h1罐底高度，m h2罐蓋高度，mH=1.5Di ，h1 =0.2 Di，h2 =0.1Di V=Di 2(H+h1/3+h2/3)Di =2.52m，處理后內(nèi)徑為2.6m即2600mmH=1.5Di =2.6×1.5=3.

32、9m,取4mh1=0.2Di =0.52mh2=0.1D=0.26m取 ha =50mm，罐體總高H總 =4.0h1h12×ha=4.78m=4880mm罐體壁厚S=PD/(2øP)+C其中：ø=0.8，P=0.5,C=3mm,=130MPa,Di =2600mm解之得：S=9.27mm，取整10mm（2）攪拌器設(shè)計(jì)為了使溶液中的銨有效地與固體L-天門(mén)冬氨酸發(fā)生成鹽反應(yīng),在罐底部裝有一個(gè)攪拌器攪拌固體L-天門(mén)冬氨酸,使之懸浮到溶液中?？刂茢嚢杵骶従忁D(zhuǎn)動(dòng),可以使固體L-天門(mén)冬氨酸因重力作用而沉于罐的下半部分,上部較澄清的溶液自罐上部開(kāi)口流入轉(zhuǎn)化罐。攪拌器的主要尺寸計(jì)

33、算：考慮到發(fā)酵徑高比為1：2.5，比較小，為了使發(fā)酵罐充分混勻，保持均一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用渦輪式攪拌器。渦輪式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳遞高，氧溶解率高,彎葉剪切力小。圓盤(pán)可增強(qiáng)軸向混合效果。所以選用六彎渦輪式攪拌器。其主要尺寸如下：葉徑Di=D/2.5=1 m 葉寬B=0.2Di=0.5m 弦長(zhǎng)l=0.375Di=1m底距C=D/2.5=1m 盤(pán)徑P=0.75Di=2m 彎葉板厚s=12mm擋板數(shù)確定為3,擋板寬范圍1/81/12D，取B=1/10D=0.26m綜上所述共需2個(gè)20m3轉(zhuǎn)化罐，公稱(chēng)容積 20(m3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。4.離心泵要求12.6m3發(fā)酵液5mi

34、n上液完成，即要求泵的性能：Q=12.6×12=151.2m3/h，H=5m。泵的選型：上海KSB泵業(yè)生產(chǎn)，型號(hào)為CPK125-135，Q=50m3/h， H=33.5m，臨時(shí)確定15個(gè)。5.空氣壓縮系統(tǒng)14無(wú)菌空氣制備流程如下：吸風(fēng)塔粗濾器空氣壓縮機(jī)空氣冷卻器除水設(shè)備空氣總過(guò)濾器發(fā)酵車(chē)間空氣總管分過(guò)濾器發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中的最大通氣量為1:1，因此發(fā)酵車(chē)間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算：V=單個(gè)發(fā)酵罐體積×發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)×通氣比+單個(gè)種子罐體積×種子個(gè)數(shù)×通氣比=25×2×1+4.5×1×1=54.5

35、m3/min （按55m3/min進(jìn)行后續(xù)計(jì)算）吸風(fēng)塔吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在1012m左右。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。本次設(shè)計(jì)中將吸風(fēng)塔的高度定為10m，空氣在吸風(fēng)塔內(nèi)的截面流速設(shè)計(jì)為5m/s。則吸風(fēng)塔的截面半徑為：R=（V/n·p）1/2=(55÷60÷5÷3.14) 1/2=0.23m空氣的實(shí)際流速n=V/pR2=50÷60÷0.232÷3.14=5.01m/s前置預(yù)過(guò)濾器選擇高效前置過(guò)濾器，內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩道過(guò)濾介質(zhì)層：前層稱(chēng)粗過(guò)濾層，采用絨布作為過(guò)濾介質(zhì)；后道稱(chēng)亞高效過(guò)濾層，采用滌晴-無(wú)紡布

36、作為過(guò)濾介質(zhì)。設(shè)計(jì)流速為0.5 m/s。設(shè)備外型半徑為：R=（V/n.p）1/2=(55÷60÷0.5÷3.14) 1/2=0.72m（取0.8m）實(shí)際流速：n=V/p.R2=55÷60÷0.82÷3.14=0.41m/s空壓機(jī)由計(jì)算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為55m3/min。因此選擇由無(wú)錫壓縮機(jī)股份生產(chǎn)的型號(hào)為OGF(W)D50的空氣壓縮系統(tǒng)，額定供氣量55m3/min。20的空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，其出口壓強(qiáng)表壓為0.2MPa.則壓縮后的空氣溫度為：T2=T1（P2/ P1）K-1/K =(273+20)×(0.2

37、+0.101)/0.1011.3-1/1.3=293×30.23=377.5K=104.5 其中：P1=0.101MPa，K=1.3冷卻器壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度。空氣冷卻器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由104被冷卻至25，冷卻介質(zhì)為20的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為28，由條件可得：空氣的定性溫度：(104+25)/2=64.5水的定型溫度：（20+28)/2=24查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：r=1.0445kg/m3；Cp=1.007 kJ/(kg&#

38、183;)；k=2.931W/( m2·)；m=2.035×10-3Pa·s查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：r=995.7kg/m3；Cp=4.174kJ/(kg·)；k=0.618W/(m2·)；m=0.80×10-3Pa·sI熱負(fù)荷計(jì)算Q=Wh·Cp·h(T2T1)=200÷60×1.0445×1.007×103×(10425)=2.77×105W冷卻水耗量Wc=Q/Cp·c(t2t1)=2.77×105÷4.17

39、4÷103÷(2820)=8.3 kg/s=30t/hII計(jì)算平均溫差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差空氣： 104 25冷卻水：28 20t ： 76 5tm = (765)÷ln(76/5) = 19.52計(jì)算R和P：R = (T2T1)÷(t2t1) = (10425)÷(2820) = 9.875P = (t2t1)÷(T2t1) = (2820)÷(10420) = 0.095由R、P值，查表可得：ft = 0.98，因ft0.8，選用三殼程。tm = ft·tm= 0.98×19.

40、52 = 19.13III選k值，估計(jì)傳熱面積由資料，可取k=100 w/( m2·)S =（Q/ k.·tm）×1.15=（2.77×105 ÷100÷19.13）×1.15=166.52 m2IV初選換熱器型號(hào)由于兩流體溫差大于50，可選用浮頭式換熱器FB500。由計(jì)算結(jié)果確定換熱器為三殼程，因此選用3臺(tái)相同的換熱器串聯(lián)使用。換熱器的主要數(shù)據(jù)如下：外殼直徑：500mm 公稱(chēng)壓力：4.0 MPa 公稱(chēng)面積：65 m2管長(zhǎng)：6m 管子尺寸：f25×2.5 管子總數(shù)：124管程數(shù)：2 管子排列方法：正方形斜轉(zhuǎn)45&#

41、176;排列S。= n .p.d.(L0.1) .N=124×3.14×0.025×（60.1）×3=172.3 m2采用此換熱面積的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為：k。=Q×1.15 ÷（S。·tm）=2.77×105×1.15 ÷（172.3×19.13）=96.64 W/( m2·)除水設(shè)備空氣經(jīng)冷卻后即有水分析出，為此，冷卻的空氣需要除水并安裝必要的除水設(shè)備。絲網(wǎng)除濾器是一種立式圓筒型設(shè)備，它具有壓降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。一般絲網(wǎng)除濾器的設(shè)計(jì)流速取

42、13m/s。設(shè)計(jì)時(shí)取流速為2m/s，則除濾器的直徑為：D =（4V/n·p）1/2=（4×50÷60÷3.14÷2）1/2=0.36m（取0.4m）除濾器的填料為不銹鋼絲網(wǎng)，不銹鋼絲的直徑為0.25mm，多層重疊，絲網(wǎng)層厚度為100mm?？偪諝膺^(guò)濾器總空氣過(guò)濾器是圓筒狀設(shè)備，空氣在過(guò)濾器內(nèi)底篩板一下切線方向進(jìn)入，在器身下方設(shè)置人孔。YUD型空氣總過(guò)濾器，過(guò)濾介質(zhì)采用涂層式過(guò)濾材料組裝的濾芯，常采用的濾芯是DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根據(jù)發(fā)酵車(chē)間的空氣用量，可選用YUD-Z-4型號(hào)的總過(guò)濾器f1200×3035mm，配濾芯DMF，總過(guò)濾

43、器內(nèi)有DMF濾芯f350×1000，4個(gè)。分過(guò)濾器分過(guò)濾器是單臺(tái)發(fā)酵罐的單獨(dú)空氣過(guò)濾器。20m3發(fā)酵罐的空氣過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)如下：根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)20m3發(fā)酵罐最大空氣用量為：Vf=20×1=20m3/min由于20m3發(fā)酵罐的工作容積在75%左右，因此空氣的用量已經(jīng)含有安全系數(shù)。查資料后選擇JPF-20型空氣膜過(guò)濾器，f230×1196mm，配濾芯JPF-C(聚四氟乙烯微孔膜)，濾芯長(zhǎng)20英尺，共4個(gè)。6.拌料槽拌料槽的結(jié)構(gòu)由圓柱形槽身和圓錐形底部組成，設(shè)裝料系數(shù)為0.85，設(shè)計(jì)體積應(yīng)為：發(fā)酵培養(yǎng)基體積/裝料率 = 12.6×2÷8

44、5% = 29.65m3 （取30m3）設(shè)圓柱形槽身的高為h1，圓錐形底部的高為h2，且h1 = 3h2，直徑d為3m。則由V = 1/4×3.14×d 2×h1+(1/3)×(1/4)×3.14×d 2×h2 = 30m3得：h1 = 3.82m ；h2 = 1.27m拌料罐的實(shí)際體積為：V = 5/18×3.14×3 2×3.82 =30m37.儲(chǔ)罐轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化液體積約為25.2m3，選定儲(chǔ)罐體積為30 m3，其的主體結(jié)構(gòu)為圓柱型，設(shè)儲(chǔ)罐的高度與直徑的比例為3，則由V = 3.14 (D/2

45、) 2H = 30m3可得：D = 2.34 m ；H = 7.02m8.板框壓濾機(jī)轉(zhuǎn)化結(jié)束后轉(zhuǎn)化液除去晶體，再經(jīng)脫色后要及時(shí)過(guò)濾除去活性炭以進(jìn)行純化。此時(shí)處理液的含固量i為活性的的百分比1.5%，處理液的體積為25.2 m3。選用選擇由杭州富陽(yáng)永昌過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)的型號(hào)為XZ20/630-U板框壓濾機(jī)，則其過(guò)濾面積A=30m3，濾框容量VP= 500L=0.50m3，板框裝填系數(shù)k為0.8，過(guò)濾速度為v = 0.1 m3/ m2 h。則需要的板框過(guò)濾機(jī)的臺(tái)數(shù)為：N = VF.i/(k. VP)= 25×0.015÷0.8÷0.50 = 1.875臺(tái)（取2臺(tái)）過(guò)濾時(shí)間為

46、：T = VF(1-i)/vNA = 25.2×(1-0.015) ÷0.1÷2÷30 = 2h另外轉(zhuǎn)化液在濃縮沉淀后還需過(guò)濾，處理液的體積為10m3，所選機(jī)型如上，因此實(shí)際生產(chǎn)中選用4臺(tái)過(guò)濾機(jī)。9.降膜蒸發(fā)器15在生產(chǎn)工藝中，發(fā)酵液中含產(chǎn)物量很低，故需除去60%的水分，要求在8h內(nèi)在低于50的條件下將25m3的處理液中2/3的水分蒸發(fā)掉，則降膜蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的計(jì)算為：25.2m3×60%×1000kg/m3÷8h=1890kg/h。預(yù)計(jì)需4個(gè)，型號(hào)為WZ-2021 ,其蒸發(fā)量為2021 kg/h，加熱面積20 m2，罐內(nèi)真

47、空度0.07MPa，由江陰市富龍制藥機(jī)械廠生產(chǎn)。10.真空耙式干燥器對(duì)于固體制劑來(lái)說(shuō)，要求含水率很低。要求真空干燥機(jī)在4h內(nèi)將蒸發(fā)后剩余濃縮液2/3的水分蒸發(fā)掉。則真空蒸發(fā)的處理量為：25.2×40%×2/3=6.7m3。則真空干燥器的生產(chǎn)能力計(jì)算為：W=F/t=6.7÷4=1.67m3/h預(yù)計(jì)需3個(gè)，其蒸發(fā)量為2021 kg/h，一個(gè)備用，型號(hào)為ZB-1500,加熱面積20m2，罐內(nèi)真空度0.07MPa，由江陰市富龍制藥機(jī)械廠生產(chǎn)。11.混合槽過(guò)濾完畢后獲得的濾液要儲(chǔ)存在混合槽中，經(jīng)過(guò)真空濃縮后的處理液體積為=10m3，濾液儲(chǔ)罐的主體結(jié)構(gòu)為圓柱型，裝填系數(shù)為0.

48、85，則其體積要求為：25.2m3×40%÷0.85=11.86m3 （取12m3）設(shè)儲(chǔ)罐的高度與直徑的比例為3。則由V=3.14 (D/2) 2H=12m3可得：D=1.72 m ；H=5.16 m主要設(shè)備選型表表3 主要設(shè)備選型表序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格/型號(hào)功率/kw數(shù)量生產(chǎn)能力生產(chǎn)廠家1發(fā)酵罐MSF-L22602V=25 m3南京匯科生物工程設(shè)備公司2一級(jí)種子罐MS-L251V=0.5m3無(wú)錫市雪浪發(fā)酵工程設(shè)備廠3二級(jí)種子罐MS-L4.5301V=5m3無(wú)錫市雪浪發(fā)酵工程設(shè)備廠4轉(zhuǎn)化罐RZG5302V=30 m3南京匯科生物工程設(shè)備公司5板框壓濾機(jī)XZ20/630-U104

49、過(guò)濾面積20 m2板框數(shù)31杭州富陽(yáng)永昌過(guò)濾機(jī)6空氣壓縮系統(tǒng)OGF(W)D1601602額定供氣量50 m3/min無(wú)錫壓縮機(jī)股份7CIP清洗系統(tǒng)1T全自動(dòng)單路31CIP進(jìn)程泵流量10T/H上海伊本輕工機(jī)械8混合槽RZGC0533V=30 m3上海伊本輕工機(jī)械9降膜蒸發(fā)器WZ-2021 1042021 Kg/h江陰市富龍制藥機(jī)械廠10離心泵CPK1258.81550m3/h上海KSB泵業(yè)11真空耙式干燥器ZB-15007.852021 Kg/h常州市麥杰客設(shè)備12燃煤蒸汽鍋爐LSG0.5-0.101T=184 V=0.5t/h河南省太康鍋爐廠13拌料罐RZGC05-153130 m3上海伊本輕

50、工機(jī)械5. 熱量恒算熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來(lái)的，熱平衡方程表示如下：Q入=Q出+Q損 式中：Q入輸入的熱量總和（kJ） Q出輸出的熱量總和（kJ） Q損損失的熱量總和（kJ）通常： Q入=Q1+Q2+Q3 Q出=Q4+Q5+Q6+Q7 Q損=Q8式中： Q1物料帶入的熱量（kJ） Q2由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和所處理的物料的熱量（kJ） Q3過(guò)程的熱效應(yīng)，包括生物反應(yīng)熱、攪拌熱等（kJ）Q4物料帶出的熱量（kJ） Q5加熱設(shè)備需要的熱量（kJ） Q6加熱物料需要的熱量（kJ） Q7氣體或蒸汽帶出的熱量（kJ）有上述各式可知：Q1+Q2+Q3= Q4+Q5+Q6+Q7+Q8值得注意

51、的是，對(duì)具體的單元設(shè)備，上述的Q1Q8各項(xiàng)熱量不一定都存在，故進(jìn)行熱量衡算時(shí)，必須根據(jù)具體情況具體分析。5.1 培養(yǎng)基連續(xù)滅菌用蒸汽量經(jīng)工藝物料衡算結(jié)果，發(fā)酵采用發(fā)酵罐體積為25m3，發(fā)酵罐裝料系數(shù)70%，每罐產(chǎn)100%的L-苯丙氨酸量：25×0.7×100%×90%=15.75（t/罐）年產(chǎn)商品L-苯丙氨酸5000噸，日產(chǎn)100%L-苯丙氨酸15.1噸，發(fā)酵周期為36h，需發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)2：由于裝罐率，所以每罐初始體積17.5m3糖濃度125.0g/L,其數(shù)量：每日投料罐次滅菌加熱過(guò)程中用0.4MPa，I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20預(yù)熱至75，在

52、加熱至127，冷卻水由20升到45。消毒滅菌用蒸汽量（D)D=式中： V發(fā)酵罐容量（m3） 70%-發(fā)酵罐填充系數(shù)（%） 培養(yǎng)基液重度， =1070kg/ m3 C培養(yǎng)基液比熱，C=3.97kJ/kg·K T1進(jìn)料罐溫度,20 T2出料罐溫度,127I 加熱蒸汽焓kJ/kgi 加熱蒸汽液體熱焓量kJ/kgD=0.214(kg/罐)=15.1(t/罐)每天用蒸汽量： 15.1×2=30.2（t/d）高峰用蒸汽量： 15.1×4=60.4（t/d）平均用蒸汽量： 30.2/24=1.26（t/h）5.2 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量：1發(fā)酵罐體加熱 75m3的發(fā)酵罐空罐重5.

53、4t，冷卻排管重3t，比熱容0.5kJ/(kg,用0.2MPa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15MPa（表壓）下由20升至127，其蒸汽量為 2填充發(fā)酵罐的蒸汽量因25m3發(fā)酵罐的全容積大于25m3,考慮到罐內(nèi)的排管、攪拌器等所占的空間，罐的自由空間仍按75m3計(jì)算，填充空間蒸汽量：D空=V=25×1.39=34.75（kg/h）式中： V發(fā)酵罐全體積（m3） 加熱蒸汽的密度（kg/m3）0.15MPa（表壓）時(shí)為1.39（kg/ m3）3.滅菌過(guò)程的熱功當(dāng)量損失 25m3發(fā)酵罐的表面積為76m3，耗蒸汽用量為： 4.罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗 式中： 0.001附壁水平均厚度（

54、1mm） 1000水密度 （kg/ m3）5滅菌過(guò)程中蒸汽滲漏，取總汽消耗的30%，空罐滅菌蒸汽消耗量： 每空罐滅菌1.5h，用蒸汽量：578.851.5=868.29（kg/罐）每日用蒸汽量：868.29×2（kg/d）=1736.58(kg/d)=1.73（t/d）高峰用蒸汽量：868.293473.16（kg/h）=3.4(t/h)平均用蒸汽量：1736.58/24=72.36(kg/h)=0.072(t/h)5.3 液化工藝熱量衡算1. 加熱蒸汽消耗量可按下式計(jì)算： D=GT2T1）(h)式中： G淀粉漿量（kg/h） C淀粉漿比熱容kJ/(kg·K) T2漿料初溫

55、（20+273=293K） T1液化溫度（95+273=368K） h加熱蒸汽焓2738kJ/kg(0.3MP,表壓) i加熱蒸汽凝結(jié)水焓，在363K時(shí)為377kJ/kg淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉11.33t，連續(xù)液化11.33/24=0.47(t/h)。加水量為1：2.5。粉漿量為0.47t/h）=1645（kg/h）。粉漿比熱C可按下式計(jì)算： C=C0+C水式中： C=1.55+4.18=5.73kJ/(kg·K) C0淀粉質(zhì)比熱容，取1.55 kJ/(kg·K) C水 水的比熱容，取4.18 kJ/(kg·K)蒸汽用量 D=kg/h)2、滅酶用蒸

56、汽量 滅酶時(shí)將液化液由90加熱至120，在100的i為419kJ/kg D滅 (kg/h)以上兩項(xiàng)合計(jì)，平均用蒸汽量：（315.18+128.36）/2=221.77(kg/h)每日用蒸汽量：221.775322.48（kg/d）=5.32(t/d) 5.4 L-苯丙氨酸發(fā)酵的水平衡計(jì)算年水量衡算根據(jù)生產(chǎn)車(chē)間各方面的用水估算一天的用水量，再計(jì)算一年的用水量。1.培養(yǎng)基用水每個(gè)發(fā)酵罐裝液量為17.5m3，共2個(gè)發(fā)酵罐，每年共有66個(gè)發(fā)酵周期，則用水量為：G1 =17.5×2×66 =2310噸2. 發(fā)酵罐培養(yǎng)基滅菌后的冷卻用水估算設(shè)培養(yǎng)基的比熱容與水相同都為：4.18KJ/(Kg·K)冷卻過(guò)程中所需的冷卻水的量計(jì)算過(guò)程如下：其中： T1為培養(yǎng)基開(kāi)始冷卻時(shí)的溫度，127；T2為培養(yǎng)基冷卻結(jié)束時(shí)的溫度，20；t1為冷卻水進(jìn)口溫度，20；T2為對(duì)應(yīng)時(shí)冷卻水出口的平均溫度，45。則 W水=27554.64（t）考慮到冷卻水可循環(huán)利用，因此可按2%的耗用率計(jì)算，則冷卻水的總用量為:G2= 27554.64×2%=551.1 噸/年3. 發(fā)酵罐冷卻用水發(fā)酵罐放出的熱量